RU180260U1

RU180260U1 - TAKEOFF AND UNDERGROUND DEVICE OF SHIP BASING

Info

Publication number: RU180260U1
Application number: RU2017120110U
Authority: RU
Inventors: Максим Викторович Чупаков; Владимир Васильевич Смирнов
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Новшество предложенного технического решения заключается в использовании стабилизированного взлетно-посадочного устройства (ВПУ) в составе: газового цилиндра с регулируемым клапаном, V-образного устройства захвата, троса, поворотной консоли, сетки-улавливателя с подвижным посадочным полотном, используемых как в режиме старта, так и в режиме посадки. При взлете линейная скорость движения разгонной каретки, на которой установлен БЛА в сумме со скоростью корабля и скоростью ветра, обеспечивает БЛА необходимую взлетную скорость отрыва, а при посадке - сила трения троса, регулировка через газовый клапан энергии сжимаемого газа, в результате захвата зацепом БЛА троса V-образного устройства захвата, обеспечивает снижение кинетической энергии при посадке БЛА до нуля, а также использование сетки улавливателя с подвижным посадочным полотном, позволяющим осуществлять «мягкую» посадку БЛА. При этом для осуществления взлета и посадки БЛА вертолетного типа, подвижное полотно фиксируется, поворотное V-образное устройство захвата обеспечивает захват БЛА при посадке на корабль с разных курсовых углов. Для обеспечения точного выхода на курс глиссады применяется один ИК-излучатель, установленный по центру поворотной консоли. Стабилизация ВПУ устраняет влияние качки корабля на формирование устойчивой посадочной глиссады БЛА, при этом вынос посадочной площадки за борт корабля на достаточном удалении от конструкций надстроек и антенн корабля и возможность поворота взлетно-посадочного устройства в плоскости курса и тангажа расширяют возможности взлета и посадки БЛА дает возможность свободного ухода БЛА на повторный посадочный круг, таким образом, на основе анализа функционирования предложенного технического решения ВПУ можно заключить, что все эти новшества обладают преимуществами, отвечающими поставленной цели - обеспечение безопасного взлета и посадки различного класса БЛА, для эксплуатации на кораблях, не имеющих свободную палубу.The innovation of the proposed technical solution consists in the use of a stabilized take-off and landing device (VPU) consisting of: a gas cylinder with an adjustable valve, a V-shaped capture device, a cable, a rotary console, a catcher mesh with a movable landing belt, used both in the start mode and and in landing mode. During take-off, the linear speed of the accelerating carriage, on which the UAV is mounted in total with the speed of the ship and wind speed, provides the UAV with the necessary take-off speed, and when landing - the friction force of the cable, adjustment of compressible gas energy through the gas valve, as a result of the cable catching the UAV with the hook The V-shaped capture device provides a reduction in kinetic energy during UAV landing to zero, as well as the use of a catcher grid with a movable landing web, which allows for a “soft” UAV landing. At the same time, for the take-off and landing of a helicopter-type UAV, the movable web is fixed, a rotary V-shaped capture device provides UAV capture when landing on a ship from different course angles. To ensure accurate access to the glide path, one infrared emitter is used, which is installed in the center of the rotary console. The stabilization of the runway eliminates the influence of the rolling of the ship on the formation of a stable landing glide path of the UAV, while the removal of the landing platform overboard at a sufficient distance from the structures of the superstructures and antennas of the ship and the ability to rotate the takeoff and landing device in the plane of the course and pitch expand the capabilities of the takeoff and landing of the UAV free drone departure to a repeat landing circle, thus, based on an analysis of the functioning of the proposed technical solution of VPU, we can conclude that all these innovations and they have advantages that meet the set goal - providing safe takeoff and landing of various classes of UAVs for operation on ships that do not have a free deck.

Description

Полезная модель относится к устройствам для взлета и посадки беспилотных воздушных аппаратов и предназначена для обеспечения применения беспилотных летательных аппаратов на кораблях.The utility model relates to devices for takeoff and landing of unmanned aerial vehicles and is designed to ensure the use of unmanned aerial vehicles on ships.

Известны следующие устройства для взлета и посадки БЛА «Способ дистанционного запуска беспилотного летательного аппарата с помощью газовой катапульты» [см. патент РФ 2497725]. В этом способе для разгона БЛА на старте используется цилиндр, в него под давлением нагнетается воздух, который давит на рабочий поршень цилиндра, к которому подсоединен привод запуска БЛА в результате разгона поршня в цилиндре происходит разгон тележки запуска, на которой расположен БЛА, при достижении конечного участка происходит отцеп БЛА и его самостоятельный полет. Однако эта установка не обеспечивает посадку на палубу корабля, поэтому возможно приводнения БЛА на парашюте, что не устраняет сложность обнаружения БЛА и его подъемом на борт корабля.The following devices are known for takeoff and landing of UAVs "Method for remote launch of an unmanned aerial vehicle using a gas catapult" [see RF patent 2497725]. In this method, a cylinder is used to accelerate the UAV at the start, air is injected into it, which presses on the working piston of the cylinder, to which the UAV launch drive is connected as a result of the piston acceleration in the cylinder, the launch car, on which the UAV is located, accelerates when the final section of the UAV is detached and its independent flight. However, this installation does not provide landing on the deck of the ship, therefore it is possible to splash UAVs by parachute, which does not eliminate the difficulty of detecting UAVs and their lifting aboard the ship.

Один из способов посадки и обнаружения БЛА «Способ посадки сверхлегкого беспилотного летательного аппарата» [см. патент RU 2307047, МПК: В64С 29]. При ударе об воду включается радиомаяк, и БЛА ищут по способу «охоты на лис», применяемому в спортивном ориентировании. Однако при этом не устраняются недостатки, связанные с подъемом БЛА на борт корабля.One of the methods of landing and detecting UAVs "The method of landing an ultralight unmanned aerial vehicle" [see Patent RU 2307047, IPC: B64C 29]. When it hits the water, the beacon turns on, and UAVs are searched by the “fox hunting” method used in orienteering. However, this does not eliminate the disadvantages associated with lifting the UAV on board the ship.

Известны технические решения посадки БЛА «Способ посадки, на основе применения вертикальных мачт между которыми натянут трос» [см. патент США 7335067]. В этом способе для гашения кинетической энергии посадки БЛА используются два вертикальных цилиндра. Недостатки: для старта БЛА используется другое устройство, Частично устраняющим недостатки решений-аналогов, является взлетно-посадочное устройство и способ посадки БЛА вертикального взлета и посадки [см. патент РФ 2133210 «Беспилотный летательный аппарат», МПК: В64С 27/20].Known technical solutions for UAV landing “Landing method, based on the use of vertical masts between which a cable is pulled” [see US patent 7335067]. In this method, two vertical cylinders are used to suppress the kinetic energy of UAV landing. Disadvantages: another device is used to start the UAV, partially eliminating the disadvantages of the analog solutions, is the takeoff and landing device and the method of landing the UAV of vertical takeoff and landing [see RF patent 2133210 "Unmanned aerial vehicle", IPC: V64C 27/20].

Однако такой способ посадки не обеспечивает посадку на корабль более тяжелых БЛА, несущих на себе разного рода полезную нагрузку, а также БЛА, выполненных по «самолетной» схеме.However, this landing method does not allow landing on the ship of heavier UAVs carrying various kinds of payload, as well as UAVs made according to the “airplane” scheme.

Возможным техническим решением, является способ взлета и посадки предложенный по программе DARPA США протестированный на экспериментальной ВПУ «400-pound testaircraft». Предложена посадка под кран-балку расположенную в верхней полусфере относительно БЛА, при этом зацеп БЛА осуществляется жестким фалом с гаком расположенным в верхней части фюзеляжа БЛА за трос-резинку взлетно-посадочного устройства. Взлет происходит за счет использования силы сжатия-растяжения троса-резинки, при этом БЛА подвешивается под штангу ВПУ. Недостатками вышеуказанного технического решения является сложность подъема БЛА в случае его приводнения, при этом система привязана строго к определенному типу БЛА по весовым характеристикам, невозможность применения одновременно БЛА более тяжелого класса и БЛА вертикального взлета и посадки, а также накладывает ограничения применения по погодным условиям.A possible technical solution is the take-off and landing method proposed by the US DARPA program tested at the experimental 400-pound testaircraft runway. Landing under a crane-beam located in the upper hemisphere relative to the UAV is proposed, while the UAV's hitch is carried out by a rigid halyard with a hook located in the upper part of the UAV fuselage for the rubber band of the takeoff and landing device. Take-off occurs due to the use of the compression-tension force of the gum cable, while the UAV is suspended under the VPU bar. The disadvantages of the above technical solution are the difficulty of lifting UAVs in case of splashdown, while the system is tied strictly to a certain type of UAVs by weight characteristics, the impossibility of simultaneously using UAVs of a heavier class and UAVs of vertical take-off and landing, and also imposes restrictions on the use of weather conditions.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является Взлетно-посадочное устройство БЛА корабельного базирования, состоящее из газового цилиндра с поршнем, управляемым клапаном и пусковой каретки, охарактеризованное в патенте RU 2497714 С2, опубликованным 10.11.2013.The closest analogue of the claimed utility model is a ship-based UAV takeoff and landing device, consisting of a gas cylinder with a piston controlled by a valve and a launch carriage, described in patent RU 2497714 C2, published on 10.11.2013.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является обеспечение безаварийного взлета и посадки широкого модельного ряда БЛА самолетного типа и БЛА выполненного по вертолетной схеме, имеющие различные весовые характеристики в условиях эксплуатации на кораблях, не имеющих свободную палубу в простых и сложных метеоусловиях.The task to which the claimed device is directed is to ensure trouble-free take-off and landing of a wide range of aircraft-type UAVs and UAVs made according to a helicopter scheme, having different weight characteristics in operating conditions on ships that do not have a free deck in simple and difficult weather conditions.

Сущность, предложенного нами ВПУ, поясняется чертежами:The essence of the proposed VPU is illustrated by the drawings:

на фиг. 1 - состав и расположение ВПУ в режимах посадки и взлета;in FIG. 1 - the composition and location of the runway in landing and take-off modes;

на фиг. 2 - режим взлета БЛА с ВПУ;in FIG. 2 - UAV take-off mode with VPU;

на фиг. 3 - режим посадки БЛА с ВПУ.in FIG. 3 - UAV landing mode with VPU.

Рассматриваемое взлетно-посадочное устройство беспилотного летательного аппарата корабельного базирования включает в состав: газовый цилиндр 7 с одного конца жестко прикреплен к механизму стабилизации 1 ВП, который закреплен к силовому элементу палубы корабля. С другой стороны к газовому цилиндру 7 через шарнир крепится поворотная консоль 3 с приводом поворота в горизонтальной плоскости, к поворотной консоли жестко крепится V образное устройство захвата 8 изготовленное из высокопрочной стали с противоположной стороны раскладываемая сетка улавливатель 5 с подвижным посадочным полотном и страхующей сеткой. По центру поворотной консоли 3 расположен ИК-излучатель 11, который используется при посадке БЛА. К поршню 4 газового цилиндра 7 прикреплен трос 2 одним концом, другим концом через шарнир, поворотную консоль 3, вращающиеся металлические блоки 9 к устройству захвата 8.The considered takeoff and landing device of a ship-based unmanned aerial vehicle includes: a gas cylinder 7 at one end is rigidly attached to the stabilization mechanism of 1 VP, which is fixed to the power element of the deck of the ship. On the other hand, a swivel bracket 3 with a horizontal swivel drive is attached to the gas cylinder 7 through a hinge, a V-shaped gripper 8 made of high-strength steel on the opposite side of the folding catcher 5 with a movable landing web and a safety net is rigidly attached to the swivel console. In the center of the rotary console 3 is an IR emitter 11, which is used when landing a UAV. A cable 2 is attached to the piston 4 of the gas cylinder 7 at one end, the other end through a hinge, a rotary console 3, rotating metal blocks 9 to the gripper 8.

Рассмотрим работу предлагаемого ВПУ в стартовом фиг. 1 (режим Б), фиг. 2 и посадочном фиг. 1 (режим А), фиг. 3 режимах.Consider the work of the proposed VPU in the starting FIG. 1 (mode B), FIG. 2 and landing FIG. 1 (mode A), FIG. 3 modes.

В исходном состоянии газовый цилиндр 7 и прикрепленная к нему поворотная консоль 3 с сеткой улавливателем в сложенном положении находятся по-походному на борту корабля. Перед проведением старта(взлета) фиг. 1 (режим Б), фиг. 2 с помощью механизма стабилизации 1 разворачивают цилиндр 7, поворотную консоль 3 с сеткой улавливателем 5 и V-образным устройством захвата 8 на угол, оптимальный для взлета БЛА. Устанавливают на пусковую каретку БЛА и закрепляют стартовый-финишный трос, активируют устройство зацепа пусковой каретки, на которой установлен БЛА одновременно в цилиндр поступает инертный газ, который воздействует на рабочий поршень, под давлением газа происходит поступательное движение поршня, через трос движение передается пусковой каретке и разгоняет ее, в результате чего при прохождении кареткой всего рабочего пути, БЛА стартует и в сумме со скоростью корабля и ветра набирает необходимую скорость отрыва, происходит взлет БЛА.In the initial state, the gas cylinder 7 and the pivot console 3 attached to it with the catcher mesh in the folded position are stowed on board the ship. Before starting (take-off) of FIG. 1 (mode B), FIG. 2 using the stabilization mechanism 1, deploy the cylinder 7, the swivel bracket 3 with the net catcher 5 and the V-shaped capture device 8 at an angle optimal for the take-off of the UAV. They install a UAV on the launch carriage and fix the start-finish cable, activate the launch carriage hook device on which the UAV is mounted, the inert gas enters the cylinder, which acts on the working piston, the piston translates under pressure, the movement is transmitted to the launch carriage through the cable and accelerates it, as a result of which, when the carriage passes the entire working path, the UAV starts and, in total with the speed of the ship and the wind, gains the necessary separation speed, the UAV takes off.

Для приема на борт БЛА фиг. 1 (режим А), фиг. 3, совершающего посадку, устанавливают цилиндр 7 перпендикулярно борту корабля, а поворотную консоль 3, V-образное устройство захвата 8 и сетку улавливатель 5 параллельно борту корабля, при этом V-образное устройство захвата 8, и сетку улавливатель 5 можно разворачивать как в сторону юта, так и кормы корабля. ИК излучатель 13 конструктивно расположен по центру устройства захвата - старта. При прохождении БЛА с выпущенным устройством зацепа 12 происходит захват троса 2, который передает кинетическую энергию поступательного движения БЛА на поршень газового цилиндра, в результате движения которого в цилиндре возникает нелинейное демпфирование за счет вязкого трения путем выдавливания газа через регулируемый газовый клапан 10, что приводит к снижению посадочной скорости БЛА 11 и его финиширование на подвижное полотно сетки улавливателя 5. Для приема БЛА вертикального взлета и посадки микро и сверхлегкого классов разворачивают сетку улавливатель 5, устанавливают ее в горизонтальное положение. После посадки БЛА на сетку улавливатель 5 цилиндр 7 с помощью механизма стабилизации 1 подводят к борту и эвакуируют БЛА. Для того чтобы установка обеспечивала посадку БЛА с разным посадочным весом, применяется управляемый газовый клапан 10, который регулирует объем и скорость истечения газа из газового цилиндра. Посадка и фиксация БЛА происходит в сетке улавливателе, которая выполнена раскладной с подвижным посадочным полотном, направление сдвига посадочного полотна совпадает с направлением посадки. Взлет и посадка БЛА вертолетного типа происходит с сетки улавливателя, при этом подвижное полотно фиксируется в сетке улавливателе. В режиме посадки ВПУ стабилизируется и разворачивается перпендикулярно борту корабля, поворотная консоль с устройством захвата может быть развернута или в сторону носа или в сторону кормы корабля. Глиссада формируется путем пеленгации сигнала ИК-излучателя теплопеленгатором БЛА по курсу и тангажу. Окончательно сигналы управления по курсу и тангажу преобразуются в автопилоте и выдаются на рулевые машинки. При пролете БЛА через устройство захвата-старта происходит зацеп механизма БЛА за финишный трос, который одним концом крепится к устройству захвата, а другим концом через вращающийся блок и блок поворотного устройства крепится к поршню цилиндра, в камеру которого был закачен инертный газ. При старте БЛА происходит движение троса, который приводит в движение газовый поршень цилиндра. В результате возникающих демпфирующих сил в цилиндре происходит снижение посадочной скорости БЛА. Введение в состав ВПУ одного ИК-излучателя, механизма стабилизации в трех плоскостях, а также использование газового цилиндра как для торможения (посадки), так и для запуска (старта) БЛА, использование V-образного устройства захвата, троса, раскладной сетки улавливателя с подвижным полотном, обеспечивает создание вне корпуса корабля стабилизированной посадочной площадки. При этом вынос посадочной площадки за борт корабля на достаточном удалении от конструкций надстроек и антенн корабля и возможность поворота консоли взлетно-посадочного устройства в плоскости курса и тангажа упрощают условия взлета и посадки БЛА, как со стороны носа, так и кормы корабля. Использование одной зарядки катапульты в режиме старта и финиша, а также использование V-образного устройства захвата, расположенного на поворотной консоли, обеспечивает захват БЛА при посадке на корабль с разных курсовых углов посадки. Совокупность всех вышеперечисленных признаков в конечном итоге приводит к обеспечению автоматической безаварийной посадке БЛА на ограниченную площадку.For receiving on board the UAV of FIG. 1 (mode A), FIG. 3, landing, set the cylinder 7 perpendicular to the side of the ship, and the swivel console 3, the V-shaped capture device 8 and the mesh catcher 5 parallel to the side of the ship, while the V-shaped capture device 8, and the mesh catcher 5 can be deployed as to the side of utah and stern of the ship. IR emitter 13 is structurally located in the center of the capture device - start. When the UAV passes with the released hook device 12, the cable 2 is captured, which transfers the kinetic energy of the UAV translational motion to the piston of the gas cylinder, as a result of which nonlinear damping occurs in the cylinder due to viscous friction by squeezing gas through the adjustable gas valve 10, which leads to I reduce the landing speed of the UAV 11 and its finishing on the moving canvas of the trap net 5. To receive the UAV of vertical take-off and landing of micro and ultralight classes, I deploy t net catcher 5, set it in a horizontal position. After landing the UAV on the grid, the trap 5 cylinder 7 using the stabilization mechanism 1 is brought to the side and the UAV is evacuated. In order for the installation to provide UAV landing with different landing weights, a controlled gas valve 10 is used, which regulates the volume and speed of gas outflow from the gas cylinder. UAV landing and fixing takes place in the catcher grid, which is made folding with a movable landing cloth, the direction of shift of the landing cloth coincides with the direction of landing. Take-off and landing of a helicopter-type UAV occurs from the catcher grid, while the movable web is fixed in the catcher grid. In landing mode, the runway is stabilized and rotated perpendicular to the side of the ship, the swivel console with the capture device can be deployed either to the bow or to the stern of the ship. The glide path is formed by detecting the signal of the infrared emitter with the UAV heat direction finder at the heading and pitch. Finally, the control signals for the course and pitch are converted to autopilot and issued to the steering cars. When a UAV passes through the capture-start device, the UAV mechanism is hooked to the finish cable, which is attached to the capture device at one end, and attached to the cylinder piston into the chamber of which the inert gas was pumped through the rotating unit and the rotary unit. When the UAV starts, the cable moves, which sets in motion the gas piston of the cylinder. As a result of the damping forces arising in the cylinder, the UAV landing speed decreases. The introduction of a single infrared emitter, a stabilization mechanism in three planes, as well as the use of a gas cylinder both for braking (landing) and for launching (starting) UAVs, the use of a V-shaped capture device, cable, folding catcher mesh with a movable canvas, ensures the creation of a stabilized landing site outside the ship's hull. Moreover, the removal of the landing pad overboard at a sufficient distance from the structures of the superstructures and antennas of the ship and the ability to rotate the console of the takeoff and landing device in the plane of the course and pitch simplify the conditions for takeoff and landing of UAVs, both from the bow and stern of the ship. The use of a single catapult charging in start and finish mode, as well as the use of a V-shaped capture device located on the rotary console, provides UAV capture when boarding a ship from different course landing angles. The combination of all of the above features ultimately leads to the provision of an automatic accident-free UAV landing on a limited site.

Claims

A ship-based unmanned aerial vehicle take-off and landing device, consisting of a gas cylinder with a valve-controlled piston and a launch carriage, characterized in that it contains a landing pad outside the ship’s hull, which is formed by a three-plane stabilization mechanism, rigidly attached to the power element of the ship’s deck , An IR emitter for forming a UAV landing path, a rotary console fixed through a hinge to a gas cylinder and to which a V-shaped device is attached for cotton with mesh trap with a mobile landing canvas.